화학 I 해설

1. [출제의도] 탄소의 동소체 구별하기

[eqn: rm `A]는 흑연으로 화학식은 [eqn: rm`C]이다. 흑연은 탄소 원자 1개가 3개의 탄소와 결합하며, 층상 구조로 층 사이의 인력이 약해 힘을 가하면 층들이 잘 미끄러져 떨어진다.

2. [출제의도] 원소의 기원 이해하기

㉠(양성자) 1개와 (중성자) 1개가 결합하면 중수소 원자핵 [eqn: rm `A]가 된다. [eqn: rm`A]([eqn: {} _{1} ^{2} rm H ^{+}])와 ([eqn: {} _{2} ^{3} rm He ^{2+}])은 양성자 수가 다르므로 핵전하량이 다르다.

3. [출제의도] 화석 연료의 특징 이해하기

메테인([eqn: rm CH _{4}])은 유기물이 습한 환경에서 분해되면서 나오는 기체이다. 천연가스의 주성분으로 연료로 사용된다.

4. [출제의도] 인류 문명에 기여한 화학 반응 이해하기

㉠은 [eqn: rm `N _{2}], ㉡은 [eqn: rm `CO], ㉢은 [eqn: rm`Fe]이다. ㉡은 화합물이므로 (가)에 들어갈 분류 기준으로 ‘원소인가?’는 적용할 수 없다. 분자인 [eqn: rm `N _{2}]는 [eqn: rm `A]에, 분자가 아닌 [eqn: rm`Fe]은 [eqn: rm `B]에 해당된다. [eqn: rm `N _{2}]에는 무극성 공유 결합이 있다.

5. [출제의도] 화합물의 조성 이해하기

[eqn: rm `A]의 원자량은 14, [eqn: rm `B]의 원자량은 16이므로 각 물질의 분자식은 다음과 같다.

구분	분자량	분자 1몰당 [eqn: rm A]의 몰수	[eqn: rm `A]:[eqn: rm `B]의 질량비	분자식
[eqn: rm `X]	30	1몰	14 : 16	[eqn: rm `AB]
[eqn: rm `Y]	46	1몰	14 : 32	[eqn: rm `AB _{2}]
[eqn: rm `Z]	76	2몰	28 : 48	[eqn: rm `A _{2} B _{3}]

분자 1몰에 포함된 [eqn: rm B]의 질량은 [eqn: rm X] : [eqn: rm Y] = 16 : 32 = 1 : 2이다. 일정량의 [eqn: rm `A]와 결합하는 [eqn: rm`B]의 몰수 비는 [eqn: rm `Y] : [eqn: rm`Z] = 4 : 3이다.

6. [출제의도] 화학식량과 몰의 관계 이해하기

온도와 압력이 같은 기체는 같은 부피 속에 같은 분자 수를 가진다. 같은 부피에서 (가)와 (나)의  분자 수는 같으므로 질량비와 분자량 비가 같다. [eqn: rm `XY]와 [eqn: rm `Y _{2}]는 모두 2원자 분자이므로 원자의 총 몰수 비는 1 : 1이다. [eqn: rm `XY]와 [eqn: rm `Y _{2}]의 분자량 비가 7 : 8이므로 원자량 비는 [eqn: rm`X] : [eqn: rm`Y]= 3 : 4이다. (다)의 부피는 (가)의 2배이므로 들어있는 분자 수도 2배가 되어 [eqn: it `a]는 22이다.

7. [출제의도] 화학 결합의 형성 원리 파악하기

[eqn: rm AB _{2}]는 [eqn: rm MgCl _{2}], [eqn: rm C _{2}] 는 [eqn: rm F _{2}] 이다. [eqn: rm A]([eqn: rm Mg]) 와 [eqn: rm B]([eqn: rm Cl]) 는 3주기 원소이다. [eqn: rm AC _{2}]는 [eqn: rm MgF _{2}]로 이온 결합 물질이다. [eqn: rm BC]는 [eqn: rm ClF]이며 단일 결합만 있다.

8. [출제의도] 현대적 원자 모형과 전자 배치 이해하기

3주기 1족 원소인 [eqn: rm `Na]의 전자 배치는 [eqn: 1s ^{2}][eqn: 2s ^{2}][eqn: 2p ^{6}][eqn: 3s ^{1}]로 [eqn: {p``오비탈의``총``전자``수} over {s``오비탈의``총``전자``수}] = [eqn: {6} over {5}]이다. 2주기 1족 원소인 [eqn: rm`Li]의 전자 배치는 [eqn: 1s ^{2}][eqn: 2s ^{1}]로 [eqn: {p``오비탈의``총``전자``수} over {s``오비탈의``총``전자``수}] = [eqn: {0} over {3}] = 0 이다. Ⅰ은 3주기, Ⅱ는 2주기 원소이다. 3주기 16족 원소인 [eqn: rm A]는 [eqn: rm `S], 2주기 16족 원소인 [eqn: rm B]는 [eqn: rm O]이다. [eqn: rm`S]의 전자 배치는 [eqn: 1s ^{2}][eqn: 2s ^{2}][eqn: 2p ^{6}][eqn: 3s ^{2}][eqn: 3p ^{4}]이고, [eqn: rm O]의 전자 배치는  [eqn: 1s ^{2}][eqn: 2s ^{2}][eqn: 2p ^{4}]이다. 2주기인 [eqn: rm O]의 [eqn: it x] = [eqn: {4} over {4}] = 1이고, [eqn: it p] 오비탈의 총 전자 수 비는 [eqn: RMA] : [eqn: RMB] = 10 : 4 = 5 : 2이다.

9. [출제의도] 물과 염화 나트륨 용융액의 전기 분해 분석하기

[eqn: rm A _{2}]는 [eqn: rm Cl _{2}], [eqn: rm B _{2}]는 [eqn: rm O _{2}], [eqn: rm C]는 [eqn: rm Na]이다. [eqn: rm A]([eqn: rm Cl])와 [eqn: rm C]([eqn: rm Na])는 [eqn: rm NaCl]의 성분 원소이다. [eqn: rm B]([eqn: rmO])와 [eqn: rm C]([eqn: rm Na])로 이루어진 화합물([eqn: rm Na _{2} O])은 이온 결합 물질로 액체 상태에서 전기 전도성이 있다.

10. [출제의도] 다전자 원자의 전자 배치 이해하기

(가)를 만족하는 것은 [eqn: rmX], [eqn: rm Z]이고, (나)를 만족하는 것은 [eqn: rmX], [eqn: rm Y]이다. 벤 다이어그램에서 Ⅰ에는 [eqn: rm `Z], Ⅱ에는 [eqn: rm `X], Ⅲ에는 [eqn: rm `Y]가 해당된다. [eqn: rm `X]는 [eqn: 2s] 오비탈의 전자가 다 채워지지 않고 [eqn: 2p] 오비탈에 전자가 채워졌으므로 쌓음 원리를 만족하지 못한다. [eqn: rm `Y]는 에너지 준위가 같은 [eqn: 2p] 오비탈에 전자가 각각 하나씩 들어가 있지 않으므로 훈트 규칙을 만족하지 못한다.

11. [출제의도] 수소 원자의 전자 전이 이해하기

수소 원자에서 [eqn: n] = 3인 전자 껍질로 전자가 전이할 때 흡수하거나 방출하는 빛 에너지의 크기를 비교하면 최소는 [eqn: n] = 4 → [eqn: n] = 3이고 [eqn: rm A]는 [eqn: n] = 5 → [eqn: n] = 3, [eqn: RMB]는 [eqn: n] = 2 → [eqn: n] = 3, 최대는 [eqn: n] = 1 → [eqn: n] = 3이다. [eqn: RMA]에서는 적외선이 방출된다.  에너지 크기를 비교하면 Ⅰ : Ⅱ = [eqn: {5} over {36}] : [eqn: {8} over {9}] = 5 : 32 이다.

12. [출제의도] 옥텟 규칙을 이용하여 분자의 구조식 완성하기

분자 [eqn: rmX]는 로 단일 결합과 2중 결합이 있다. 분자 [eqn: rmX]의 공유 전자쌍 수는 3개, 비공유 전자쌍 수는 6개이다.

13. [출제의도] 원소의 주기적 성질 이해하기

원소 [eqn: rm A]~[eqn: rm D]는 순서대로 [eqn: RMF], [eqn: rm N e], [eqn: rmNa], [eqn: rmMg]이다. 이 중 [eqn: RMF]과 [eqn: rm Na]의 홀전자 수는 1개이고, [eqn: rm N e]과 [eqn: rmMg]에는 홀전자가 존재하지 않는다. [eqn: rm `A], [eqn: rm`B]는 2주기 원소이고 [eqn: rm `C], [eqn: rm`D]는 3주기 원소이다. [eqn: rm`D]의 전자 배치는 [eqn: 1s ^{2} `2s ^{2} `2p ^{6} `3s ^{2}]이므로 전자가 들어 있는 오비탈의 수는 6개이다.

14. [출제의도] 오비탈의 모양과 특성 이해하기

(가)는 [eqn: 1s], (나)는 [eqn: 2s], (다)는 [eqn: 2p _{x}], [eqn: 2p _{z}]이므로 전자 배치는 [eqn: 1s ^{2}][eqn: 2s ^{2}][eqn: 2p _{x} ^{1} 2p _{z} ^{1}]이다. 원자 [eqn: RMA]의 전자 수는 6개이다. [eqn: s] 오비탈은 핵으로부터 거리가 같으면 방향에 관계없이 전자가 발견될 확률이 같다. 다전자 원자의 에너지 준위는 [eqn: 2s]가 [eqn: 2p]보다 작으므로 (나)가 (다)보다 작다.

15. [출제의도] 등전자 이온의 주기적 성질 이해하기

[eqn: RMA]와 [eqn: RMD]는 이온 반지름이 원자 반지름보다 크므로 비금속 원소이고, [eqn: RMB]와 [eqn: RMC]는 원자 반지름이 이온 반지름보다 크므로 금속 원소이다. [eqn: RMA]~[eqn: rm D]의 이온은 [eqn: rm N e]의 전자 배치를 가지므로 [eqn: rm A]와 [eqn: rm D]는 2주기, [eqn: rm B]와 [eqn: rm C]는 3주기 원소이다. [eqn: rm A]는 [eqn: rm D]보다 원자 반지름이 크면서 이온화 에너지가 크므로 [eqn: RMN]이고, [eqn: rm D]는 [eqn: RMO]이다. [eqn: rm B]는 [eqn: rm C]보다 원자 반지름이 크면서 이온화 에너지가 크므로 [eqn: rm Mg]이고, [eqn: rm C]는 [eqn: rm Al]이다.

16. [출제의도] 루이스 전자점식 해석하기

[eqn: rmW]는 [eqn: rm O], [eqn: rm X]는 [eqn: rmH], [eqn: rmY]는 [eqn: rmC], [eqn: rmZ]는 [eqn: rmN]이다. 전기음성도는 [eqn: rmO] > [eqn: rmN] > [eqn: rmC]이므로 [eqn: rmW] > [eqn: rmZ] > [eqn: rmY]이다. [eqn: rm W _{2}]([eqn: rm O＝O])의 공유 전자쌍 수는 2개, [eqn: rm Z _{2}]([eqn: rm N == N])의 공유 전자쌍 수는 3개이다. [eqn: rm XYZ]() 분자의 중심 원자 [eqn: rmY]([eqn: rmC])에는 비공유 전자쌍이 없다.

17. [출제의도] 원소의 주기적 성질 이해하기

A는 3주기 2족, [eqn: rm B]는 3주기 15족, C는 2주기 16족 원소이다. 원자가 전자가 느끼는 유효 핵전하는 같은 주기에서 원자 번호가 증가할수록 커지므로 [eqn: rm B]가 A보다 크다. 전기 음성도는 2주기 비금속 원소인 C가 가장 크다. [eqn: RMA]와 C의 이온의 전자 배치는 [eqn: rm N e]의 전자 배치와 같고 핵전하량은 A가 C보다 크므로 A의 이온 반지름이 가장 작다. [eqn: rm B] 이온의 전자 배치는 [eqn: rmAr]의 전자 배치와 같으므로 이온 반지름이 가장 크다. 이온 반지름은 A < C < B이다.

18. [출제의도] 탄소 화합물의 원소 분석 이해하기

A관에서는 [eqn: rm`H _{2} O], B관에서는 [eqn: rm`CO _{2}]가 흡수된다. 물질 [eqn: RMX]에 포함된 [eqn: RMC]의 질량은 [eqn: RMC] = 44 × [eqn: {12} over {44}] = 12 mg이다. [eqn: rm`B]관의 증가한 [eqn: rm `CO _{2}]의 질량이 44mg이고 0.001몰에 해당한다. 몰수 비가 1 : 1이므로 [eqn: rm `H _{2} O]의 몰수는 0.001몰이다. [eqn: y]는 18이고 [eqn: rm`H]의 질량은 2 mg이다. 물질 X의 질량 [eqn: x] =  12 + 2 = 14 이다. [eqn: x] + [eqn: y] = 14 + 18 = 32 이다. 질량 보존 법칙에 의해 [eqn: x] + 반응한 산소의 질량 = [eqn: y] + 44이다. 따라서 반응한 산소의 질량은 48 mg이다.

19. [출제의도] 순차적 이온화 에너지 이해하기

A는 [eqn: {E _{2}} over {E _{1}}] ≪ [eqn: {E _{3}} over {E _{1}}]이므로 2족인 [eqn: rm`Mg], B는 [eqn: {E _{6}} over {E _{1}}] ≪ [eqn: {E _{7}} over {E _{1}}]이므로 16족인 [eqn: rm`S], C는 [eqn: {E _{5}} over {E _{1}}] ≪ [eqn: {E _{6}} over {E _{1}}]이므로 15족인 [eqn: rm`P]이다. 제1 이온화 에너지는 [eqn: RMA] < [eqn: RMB] < [eqn: RMC]이다. 원자 반지름은 같은 주기에서 원자 번호가 커질수록  작아지므로 [eqn: rmC]가 [eqn: rm`B]보다 크다. 바닥 상태 원자의 전자 배치는 [eqn: rm`A]가 [eqn: 1s ^{2}][eqn: 2s ^{2}][eqn: 2p ^{6}][eqn: 3s ^{2}]이므로 홀전자가 없고, [eqn: rm`B]는 [eqn: 1s ^{2}][eqn: 2s ^{2}][eqn: 2p ^{6}][eqn: 3s ^{2}][eqn: 3p ^{4}]이므로 홀전자가 2개, [eqn: rm`C]는 [eqn: 1s ^{2}][eqn: 2s ^{2}][eqn: 2p ^{6}][eqn: 3s ^{2}][eqn: 3p ^{3}]으로 홀전자가 3개이므로 [eqn: rm`C]가 가장 많다.

20. [출제의도] 화학 반응식에서의 양적 관계 이해하기

주어진 자료를 분석하면 다음과 같다.

[eqn: rm B]의 질량(g)		0	[eqn: {1} over {2}][eqn: w]	[eqn: w]	[eqn: {3} over {2}][eqn: w]	[eqn: 2w]
반응 후 전체 기체의 부피(L)		6	[eqn: x]	12	21	[eqn: y]
반응 후 각 기체의 몰수 (몰)	[eqn: rm `A]	[eqn: rm {1} over {4}]	[eqn: rm {1} over {8}]	0	0	0
	[eqn: rm `B]	0	0	0	[eqn: rm {3} over {8}]	[eqn: rm {3} over {4}]
	[eqn: rm `C]	0	[eqn: rm {1} over {4}]	[eqn: rm {1} over {2}]	[eqn: rm {1} over {2}]	[eqn: rm {1} over {2}]
반응 후 전체 기체의 몰수(몰)		[eqn: rm {1} over {4}]	[eqn: rm {3} over {8}]	[eqn: rm {1} over {2}]	[eqn: rm {7} over {8}]	[eqn: rm {5} over {4}]

부피 비는 몰수 비이므로 [eqn: x] : [eqn: y] = [eqn: {3} over {8}] : [eqn: {5} over {4}] = 3 : 10 이다.

[eqn: rm`B]의 질량이 [eqn: w] g([eqn: rm {3} over {4}]몰)일 때 [eqn: rm`A]와 [eqn: rm`B]가 모두 반응하므로

	[eqn: rm A](g)	+	[eqn: b][eqn: rm B](g)	[eqn: ->]	[eqn: c][eqn: rm C](g)
반응 전	[eqn: rm {1} over {4}]몰		[eqn: rm {3} over {4}]몰		0
반응	[eqn: -l]		[eqn: -m]		[eqn: +n]
반응 후	0		0		[eqn: rm {1} over {2}]

∴ [eqn: l]=[eqn: rm {1} over {4}], [eqn: m]=[eqn: rm {3} over {4}], [eqn: n]=[eqn: rm {1} over {2}]

B와 C의 반응 비가 3 : 2이므로 [eqn: b] : [eqn: c] = 3 : 2 이다. 반응 전과 후의 총 질량은 일정하므로 [eqn: w]=1.5이다. [eqn: rm B]의 분자량 = [eqn: rm {질량} over {몰수} =1.5 TIMES {4} over {3} =2]이다.